VOCUS通过先进逆向工程与3D 技术交付认证飞机排气部件

在航空航天制造领域，关键部件不可预测的可用性与质量不稳定性可能同时危及作战准备状态和飞行安全。总部位于奥格斯堡的VOCUS GmbH作为一家专注于逆向工程与增材制造 AM）技术的创新航空供应商，被委以重任：对某型飞机排气系统的滑动部件进行重新设计并完成认证。

为实现完全可认证且可重复增材制造 ，VOCUS与Materialise展开了紧密合作。双方共同建立了从设计数据准备、构建策略到生产可追溯性的无缝数字流程链，构成了航空航天认证的核心支撑。金属生产在工业级EOS金属系统上完成，该系统提供了航空航天可重复构建所需的工艺稳定性。

原始部件——传统上采用航空级钢材焊接而成——存在尺寸波动、焊缝应力区、手工焊接导致的操作效率低下以及使用寿命有限等问题。任务目标明确：开发一种可预测、数字化控制且可认证的制造工艺，在满足欧洲航空安全局（EASA）严格的补充型号证书（STC）要求的同时，实现性能提升。

解决方案

VOCUS采用多阶段方法，融合了基于CT的逆向工程、数字优化、增材制造工艺、严格测试及完整的航空航天认证流程。

在实施该方案过程中，Materialise凭借其航空航天领域验证的软件环境为VOCUS提供支持。此次合作确保了可靠的构建准备、标准化数据处理及端到端文档记录——这些要素对于满足认证要求至关重要。

1. 通过CT扫描进行逆向工程：采用 高分辨率工业计算机断层扫描技术，精准捕捉内外几何结构，为重新设计奠定精确的数字基础。
   
   
2. CAD重建与优化： 基于CT数据，工程师在CATIA中重建几何结构，并实施了仅通过增材制造（AM）技术才能实现的改进，例如：
   - 减少应力集中点，消除焊接过渡区
   - 优化载荷半径
   - 强化高应力区域
   - 在非关键区域实现定向减重
   - 构建均匀无焊结构以承受循环热载荷与机械载荷
   
   
3. 聚合物原型验证： 打印 聚合物原型 验证尺寸精度与配合度，确保在投入金属制造前实现CAD设计保真度。
   
   
4. 采用EOS NickelAlloy 与PBF/LB-M技术实现金属制造： 最终模型 通过EOS金属系统构建，使用Materialise Magics进行构建准备，并EOS Build 实现系统集成。EOS平台的稳定性和可重复性是确保熔池行为一致性与可靠构建结果的关键。每次构建可生产六件滑动部件，同时生成材料测试试样以供持续验证。
   
   
5. 后处理与质量控制： 后处理流程 包括应力消除热处理、支撑结构去除、精密机械加工及陶瓷珠喷砂处理。 此外，VOCUS引入了独特的部件签名（批号+序列号），确保在组件整个生命周期内实现完整可追溯性。该公司与Materialise合作，基于Streamics平台建立了高效的数字化追溯体系。该中央数据骨干系统整合了设备参数、材料信息、后处理记录及检验结果，构建出符合航空航天认证要求的统一文档体系。
   
   
6. 地面与飞行测试：欧洲航空安全局（EASA） 规定需进行10小时地面测试——VOCUS公司在Binder Motorenbau和SOLO Aero Engines两家机构累计完成20小时测试。负载循环包括：冷启动、发动机启动、5分钟满负荷运行、3分钟怠速冷却，循环往复。 飞行测试由DreamWings公司在Arcus飞机上完成，累计35小时未发生任何事故。目前，该系列AM滑动部件已在德国、瑞士和澳大利亚投入实际运营。
   
   
7. 认证与批量生产： 整个生产及文件链——包括 逆向工程、增材制造、后处理及质量保证——均 作为欧洲航空安全局补充型号认证（STC）的一部分获得批准。据目前所知，VOCUS是少数几家持有欧洲航空安全局针对因科镍合金增材制造金属部件的STC认证，并获准为现役飞机制造和供应该部件的企业之一。 

成果

通过该项目，VOCUS实现了符合EN 9100/ISO 9001标准的认证生产流程，并获得欧洲航空安全局（EASA）补充型号合格证（STC）批准。主要成果包括：

• 显著提高的尺寸精度和重复性
• 均匀无焊结构，在循环载荷下表现优异
• 可预测且数字化控制的制造过程
• 减少对手工焊接工艺和专用夹具的依赖
• 延长使用寿命——预计比焊接版本长约10倍
• 全程可追溯性，防范未经授权或伪造部件

通过将增材制造与数字化工作流程相结合，VOCUS成功交付了比传统制造部件更安全、更耐用且更易通过认证的组件。EOS平台的卓越性能确保了工艺的高重复性，其稳定可预测的构建条件为认证工作提供了有力支持。

即使是小型企业，也能通过自主投资或与合适的合作伙伴协作增材制造 等尖端制造技术——尤其当获得经验丰富的技术合作伙伴支持时，这些合作伙伴能提供可扩展的数字基础设施。

斯特凡·戈肯南特，项目经理，VOCUS GmbH

更广泛的影响

该项目的成功凸显了航空航天制造业的更广泛转变：增材制造 拥有庞大研发预算的大型原始设备制造商的专属领域。 VOCUS等公司证明，通过合理整合工程技术专长、数字化工作流程与严谨的质量控制体系，中小型企业同样能够达到航空航天级制造标准。
通过与Materialise的合作及采用工业级EOS系统，VOCUS成功展示了数字化支持的工艺链如何加速这一转型进程，使中小企业能够便捷获取符合认证要求的增材制造解决方案。

通过运用可获取的增材制造技术和行业标准认证途径，VOCUS不仅交付了关键排气组件，更为小型企业如何在最高制造精度领域竞争树立了标杆。这种方法使区域供应商能够实现传统组件现代化改造，延长飞机服役寿命，增强供应链韧性——同时保持成本效益和设计灵活性。

最终，滑动部件项目成为一个典型案例，增材制造 先进工程工具和增材制造 普及化应用如何增材制造 航空航天领域的创新增材制造 新可能。它证明了航空制造领域的卓越成就并非取决于企业规模，而是源于远见卓识、精益求精的态度以及对持续改进的坚定承诺。

目睹VOCUS实现飞行认证量产，彰显了结构化数字工作流的强大效能。我们共同证明：当工程专业知识与软件驱动的质量保证相辅相成时，认证目标必能达成。

蒂姆·多马加拉，研发工程师，Materialise

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